JP2001211493A - 遅延時間設定方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 複数のスピーカが用いられている場合に、聴
取位置における音質を向上させることができる遅延時間
設定方式を提供すること。 【解決手段】 遅延時間測定用音源５０から出力される
信号がローパスフィルタ３０またはハイパスフィルタ３
４に選択的に入力され、マイクロホン４６から出力され
る検出信号に基づいてスピーカ４０、４４のそれぞれに
対応した音圧レベルの周波数特性および群遅延時間特性
が求められる。次に、遅延時間算出・設定部５２は、各
スピーカ４０、４４に対応する音圧レベルの周波数特性
が一致する位置の周波数を特定し、この周波数におい
て、スピーカ４０、スピーカ４４のそれぞれに対応する
遅延時間の大小関係およびその差を調べ、この結果に基
づいて各スピーカ４０、４４から放射される音波がマイ
クロホン４６に到達するタイミングが一致するように各
遅延器１０、１４の遅延時間を設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複数のスピーカの
それぞれから異なる周波数のオーディオ音を出力するオ
ーディオシステムにおける遅延時間設定方式に関する。

【０００２】

【従来の技術】オーディオシステムに用いられるスピー
カは、可聴帯域のオーディオ音を均一に出力できること
が好ましいが、実際には１つのスピーカで全周波数帯域
の音声を出力することは困難であり、通常は周波数特性
が異なる２つあるいは３つのスピーカが組み合わされて
使用される。例えば、２つのスピーカを用いた場合に
は、高域用のスピーカと低域用のスピーカが組み合わさ
れる。

【０００３】ところで、これらの２つあるいは３つのス
ピーカのそれぞれからは、周波数帯域が異なるオーディ
オ信号に対応した音波が別々に放射されるが、聴取者が
違和感なく音楽を聴取するためには、聴取点における音
波の到達時間を一致させる必要がある。特に、車載用の
オーディオシステムでは、スピーカを設置するスペース
の確保が容易ではないため、周波数特性が異なる複数の
スピーカを同一場所に設置することが困難な場合も多
く、それぞれのスピーカを別々の場所に設置することが
ある。このような場合に、各スピーカから聴取点までの
距離が異なると、各スピーカから放射された音波が聴取
点に到達するまでの時間がずれてしまい、再生音にひず
みが生じるため、各スピーカの前段に遅延器を挿入して
各周波数成分の音波の到達時間を一致させる調整を行っ
ていた。

【０００４】各周波数成分の音波の到達時間を一致させ
るための従来技術としては、特開平１１−２６２０８１
号公報に開示されている遅延時間設定方式が知られてい
る。特開平１１−２６２０８１号公報に開示された遅延
時間設定方式では、音響空間内に設置された複数のスピ
ーカに対して所定の遅延時間測定用信号を入力し、スピ
ーカから放射される音波が、聴取位置に設置されたマイ
クロホンに到達するまでの平均的な遅延時間を測定し、
この平均的な遅延時間が各スピーカ間でほぼ一致するよ
うにして各スピーカの前段に挿入された遅延器の遅延時
間を設定している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した特
開平１１−２６２０８１号公報に開示された従来の遅延
時間設定方式によって設定される遅延時間は、必ずしも
最適な値であるとはいえなかった。その理由を以下に具
体的に説明する。図１０は、従来の遅延時間設定方式に
おける遅延時間の設定方法を説明する図である。図１０
（Ａ）は、各スピーカから放射される音波の音圧レベル
の周波数特性を示しており、図１０（Ｂ）は、各スピー
カから放射される音波の群遅延時間特性を示している。
上述した従来の遅延時間設定方式によれば、図１０
（Ｂ）に示すように、高域用スピーカに対応する遅延時
間の平均値と低域用スピーカに対応する遅延時間の平均
値とが一致するようにそれぞれの遅延時間が設定され
る。したがって、図１０（Ａ）に示すように、高域用ス
ピーカに対応する音圧レベル特性曲線と低域用スピーカ
に対応する音圧レベル特性曲線とが交差する位置Ｐ₀ の
周波数ｆ₀ に注目し、この周波数ｆ₀ における群遅延時
間特性を見ると、低音用スピーカに対応する遅延時間ｔ
₀ と高音用スピーカに対応する遅延時間ｔ₀′ とが一致
せずに、この周波数ｆ ₀ 近傍の音波が低音用スピーカと
高音用スピーカのそれぞれから放射されたときに、同じ
周波数の音波でありながら聴取位置における到達タイミ
ングがずれることになり、聴感上の違和感が生じ、音質
の悪化を招くという問題があった。

【０００６】本発明は、このような点に鑑みて創作され
たものであり、その目的は、複数のスピーカが用いられ
ている場合に、聴取位置における音質を向上させること
ができる遅延時間設定方式を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、本発明の遅延時間設定方式では、聴取位置に集
音手段が設置されており、音響空間内に設置された複数
のスピーカのそれぞれの前段に遅延時間が設定可能な複
数の遅延手段が接続されている。また、測定用信号生成
手段によって生成された所定の遅延時間測定用信号を帯
域分割手段によって複数の周波数帯域に分割して複数の
スピーカのそれぞれに入力し、この結果得られる複数の
周波数の音波を切り替え手段により複数のスピーカのそ
れぞれから選択的に出力している。そして、集音手段か
ら出力される複数の周波数帯域の信号を遅延時間算出・
設定手段によって解析することにより、複数のスピーカ
のそれぞれから放射される音波に含まれる周波数の重複
部分が集音手段に到達するタイミングをほぼ一致させる
ように上述した複数の遅延手段のそれぞれの遅延時間を
設定している。複数のスピーカのそれぞれから放射され
る音波に含まれる周波数の重複部分が集音手段に到達す
るタイミングをほぼ一致させるように遅延手段の遅延時
間が設定されるので、同じ周波数の音波でありながら聴
取位置に到達するタイミングがずれることによって聴感
上の違和感が生じることを防ぐことができ、聴取位置に
おける音質を向上させることができる。

【０００８】また、上述した遅延時間算出・設定手段
は、集音手段から出力される信号について、周波数毎の
信号レベルを解析することにより、複数のスピーカから
出力される音波のそれぞれに対応する信号レベルがほぼ
一致する特定周波数を算出する特定周波数算出手段と、
この特定周波数算出手段によって算出された特定周波数
の信号成分について、測定用信号生成手段から遅延時間
測定用信号が出力されてから複数のスピーカのそれぞれ
から対応する音波が放射されて集音手段に到達するまで
の時間差を算出し、この時間差がなくなるように複数の
遅延手段のそれぞれの遅延時間を設定する遅延時間設定
手段とを備えていることが望ましい。複数のスピーカか
ら出力される音波のそれぞれに対応する信号レベルがほ
ぼ一致する特定周波数を算出し、この特定周波数の信号
成分に着目して、複数のスピーカのそれぞれから対応す
る音波が放射されて集音手段に到達するまでの時間差が
なくなるように遅延時間を設定しているので、複数のス
ピーカのそれぞれから放射される音波に含まれる周波数
の重複部分が集音手段に到達するタイミングを確実に一
致させることができる。

【０００９】また、遅延時間測定用信号としてタイムス
トレッチドパルスを用いるとともに、遅延時間算出・設
定手段によって、集音手段の出力信号に、タイムストレ
ッチドパルスを時間軸上で反転した信号を畳み込み演算
し、この畳み込み演算結果に対してフーリエ変換処理を
行うことにより、各周波数成分に対応する信号レベル特
性と群遅延時間特性を求めることが望ましい。このよう
な畳み込み演算を行うことによりインパルス応答を求め
ることができ、このインパルス応答に基づいて各周波数
成分に対応する信号レベル特性と群遅延時間特性を求め
ることができる。また、タイムストレッチドパルスは、
所定の時間幅を有し、周波数成分が時間軸上で分散され
た信号であり、突発的なノイズによる影響を受けにくい
利点がある。また、タイムストレッチドパルスを用いる
ことにより、スピーカの駆動力が分散されるため、過大
なインパルスを用いて遅延時間を測定する場合のように
スピーカを破損するおそれもない。

【００１０】また、遅延時間測定用信号としてホワイト
ノイズ信号を用いるようにしてもよい。この場合には、
遅延時間算出・設定手段は、測定用信号生成手段から出
力される遅延時間測定用信号と集音手段の出力信号とが
入力されて、これら２つの信号の誤差信号のパワーが最
小となるように適応等化処理を行う適応フィルタを備
え、この適応フィルタのフィルタ係数に対してフーリエ
変換処理を行うことにより、各周波数成分に対応する信
号レベル特性と群遅延時間特性を求めることが望まし
い。適応フィルタのフィルタ係数は、集音手段によって
検出されるインパルス応答を再現しているため、このフ
ィルタ係数に基づいて各周波数成分に対応する信号レベ
ル特性と群遅延時間特性を求めることができる。また、
ホワイトノイズ信号には低域から高域までの周波数成分
が含まれており、周波数特性が異なる数種類のスピーカ
を組み合わせて用いる場合に、それぞれのスピーカから
遅延時間測定用信号に対応した音波を放射することがで
き、確実に遅延時間の算出を行うことができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の遅延時間設定方式
を適用した一実施形態のオーディオシステムについて、
図面を参照しながら説明する。

【００１２】図１は、本発明を適用した一実施形態のオ
ーディオシステムの構成を示す図である。同図に示す車
載用のオーディオシステムは、チューナやＣＤプレーヤ
等のオーディオ装置１００と、オーディオ装置１００か
ら出力されるオーディオ信号が入力される２つの遅延器
１０、１４と、これらの遅延器の後段等に接続される３
つのスイッチ２０、２４、２６と、入力されるオーディ
オ信号の中から低域成分のみを通過させるローパスフィ
ルタ（ＬＰＦ）３０と、高域成分のみを通過させるハイ
パスフィルタ（ＨＰＦ）３４と、周波数特性が異なる２
つのスピーカ４０、４４と、オーディオ音の聴取位置に
設定されたマイクロホン４６と、遅延時間測定用の所定
の信号を発生する遅延時間測定用音源５０と、マイクロ
ホン４６の出力信号に基づいて、スピーカ４０、４４の
それぞれから出力された音波の遅延時間を算出するとと
もに遅延器１０、１４のそれぞれの遅延時間の設定を行
う遅延時間算出・設定部５２とを含んで構成されてい
る。

【００１３】遅延器１０、１４は、それぞれの遅延時間
が任意に設定可能であり、各遅延時間が遅延時間算出・
設定部５２によって設定される。遅延器１０から出力さ
れるオーディオ信号は、スイッチ２０を介してローパス
フィルタ３０に入力され、その後段に接続された低音用
のスピーカ４０から低域成分の音波が車室内音響空間に
放射される。同様に、遅延器１４から出力されるオーデ
ィオ信号は、スイッチ２４を介してハイパスフィルタ３
４に入力され、その後段に接続された高音用のスピーカ
４４から高域成分の音波が車室内音響空間に放射され
る。

【００１４】マイクロホン４６は、スピーカ４０、４４
のそれぞれから放射された音波を検出する。遅延時間算
出・設定部５２は、遅延時間測定用音源５０から遅延時
間測定用の所定の信号が出力され、この信号に対応する
音波がマイクロホン４６で検出されると、この検出信号
に基づいて各遅延器１０、１４に遅延時間を設定する。
遅延時間算出・設定部５２による遅延時間の設定動作の
詳細については後述する。

【００１５】上述したスピーカ４０、４４が複数のスピ
ーカに、マイクロホン４６が集音手段に、遅延器１０、
１４が複数の遅延手段に、遅延時間測定用音源５０が測
定用信号生成手段に、スイッチ２６が切り替え手段に、
遅延時間算出・設定部５２が遅延時間算出・設定手段に
それぞれ対応している。

【００１６】本実施形態のオーディオシステムはこのよ
うな構成を有しており、次に、遅延時間算出・設定部５
２が各遅延器１０、１４に遅延時間を設定する際の動作
を説明する。

【００１７】まず、スイッチ２０、２４を切り替えて、
各フィルタ３０、３４の接続状態を各遅延器１０、１４
側から遅延時間測定用音源５０側に変更する。そして、
スイッチ２６を切り替えて、遅延時間測定用音源５０か
ら出力される所定の信号がローパスフィルタ３０に入力
されるようにする。これらの各スイッチの切り替え動作
は、遅延時間算出・設定部５２あるいは図示しない制御
部による切り替え指示に応じて行われる。

【００１８】このような各スイッチの接続状態におい
て、遅延時間測定用音源５０から遅延時間測定用の所定
の信号が出力され、対応する音波がスピーカ４０から車
室内音響空間に放射される。遅延時間算出・設定部５２
は、遅延時間測定用音源５０から所定の信号が出力され
て、マイクロホン４６から対応する検出信号が出力され
ると、この検出信号に基づいて音圧レベルの周波数特性
および群遅延時間特性（遅延時間の周波数特性）を求め
る。

【００１９】次に、スイッチ２６が切り替えられ、遅延
時間測定用音源５０から出力される所定の信号がハイパ
スフィルタ３４に入力される状態に変更される。この状
態において、遅延時間測定用音源５０から遅延時間測定
用の所定の信号が出力され、対応する音波がスピーカ４
４から車室内音響空間に放射される。遅延時間算出・設
定部５２は、遅延時間測定用音源５０から所定の信号が
出力されて、マイクロホン４６から対応する検出信号が
出力されると、この検出信号に基づいて音圧レベルの周
波数特性および群遅延時間特性を求める。

【００２０】図２は、遅延時間算出・設定部５２によっ
て求められる音圧レベルの周波数特性および群遅延時間
特性の一例を示す図である。図２（Ａ）は、音圧レベル
の周波数特性を示しており、特性曲線ａ₁ がスピーカ４
０から放射された音波に対応して求められた音圧レベル
の周波数特性を示し、特性曲線ａ₂ がスピーカ４４から
放射された音波に対応して求められた音圧レベルの周波
数特性を示している。また、図２（Ｂ）は、群遅延時間
特性を示しており、特性曲線ｂ₁ がスピーカ４０から放
射された音波に対応して求められた群遅延時間特性を示
し、特性曲線ｂ ₂ がスピーカ４４から放射された音波に
対応して求められた群遅延時間特性を示している。

【００２１】図２に示すような音圧レベルの周波数特性
および群遅延時間特性が求められると、遅延時間算出・
設定部５２は、各スピーカ４０、４４に対応する音圧レ
ベルの周波数特性が交差する位置（特性曲線ａ₁ および
特性曲線ａ₂ が交差する位置）Ｐ₁ における周波数ｆ₁
を特定する。

【００２２】次に、遅延時間算出・設定部５２は、各ス
ピーカ４０、４４に対応して求められた群遅延時間特性
において、上述した周波数ｆ₁ における遅延時間をそれ
ぞれ求める。図２（Ｂ）に示すように、スピーカ４０に
対応する遅延時間ｔ₁ とスピーカ４４に対応する遅延時
間ｔ₁′ が求められると、遅延時間算出・設定部５２
は、遅延時間ｔ₁ とｔ₁′ の大小関係とその差を調べ、
この結果に基づいて各遅延器１０、１４に対して遅延時
間を設定する。

【００２３】例えば、図２（Ｂ）に示すように、遅延時
間の大小関係がｔ₁ ＞ｔ₁′ である場合には、遅延時間
算出・設定部５２は、（ｔ₁ −ｔ₁′） を計算し、この
値を遅延時間としてスピーカ４４に対応した遅延器１４
に設定する。これにより、遅延時間（ｔ₁ −ｔ₁′） だ
け遅延された音波がスピーカ４４から放射されることと
なるので、上述した周波数ｆ₁ において、各スピーカ４
０、４４から放射される音波がマイクロホン４６に到達
するタイミングをほぼ一致させることができる。

【００２４】また、図２に示した例とは逆に遅延時間の
大小関係がｔ₁ ＜ｔ₁′ である場合には、遅延時間算出
・設定部５２は、（ｔ₁′−ｔ₁）を計算し、この値を遅
延時間としてスピーカ４０に対応した遅延器１０に設定
する。これにより、遅延時間（ｔ₁′−ｔ₁）だけ遅延さ
れた音波がスピーカ４０から放射されることとなるの
で、上述した周波数ｆ₁ において、各スピーカ４０、４
４から放射される音波がマイクロホン４６に到達するタ
イミングをほぼ一致させることができる。

【００２５】また、各スピーカ４０、４４に対応する音
圧レベルの周波数特性が交差する位置Ｐ₁ を検出できな
い場合、すなわち、各特性曲線ａ₁ およびａ₂ が交差し
ない場合には、遅延時間算出・設定部５２は、上述した
従来技術で説明した方法にしたがって、各スピーカ４
０、４４のそれぞれについて平均的な遅延時間を求め、
この平均的な遅延時間が各スピーカ４０、４４において
ほぼ一致するように、スピーカ４０の前段に挿入された
遅延器１０とスピーカ４４の前段に挿入された遅延器１
４の各遅延時間を設定する。

【００２６】次に、上述した遅延時間算出・設定部５２
の詳細について、２つの具体的な構成例を説明する。

【００２７】遅延時間算出・設定部５２の構成例１ 図３は、タイムストレッチドパルス（時間引き延ばしパ
ルス）を用いてインパルス応答を求めて遅延時間を算出
する場合の遅延時間算出・設定部５２の構成を示す図で
ある。同図に示す遅延時間算出・設定部５２は、アナロ
グ−デジタル（Ａ／Ｄ）変換器７０、メモリ制御部７
２、メモリ７４、平均化処理部７６、畳み込み演算部７
８、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）演算部８０、周波数特
定部８２、遅延時間設定部８４を含んで構成されてい
る。また、この遅延時間算出・設定部５２と組み合わさ
れる遅延時間測定用音源５０からは、タイムストレッチ
ドパルスが出力される。

【００２８】タイムストレッチドパルスは、その周波数
特性Ｈ（ｋ）が以下のように表される信号である。

【００２９】

【数１】

【００３０】ここで、ｍはタイムストレッチドパルス内
で各周波数毎の位相をずらす度合いを示す係数であり、
任意の整数値をとる。Ｎはタイムストレッチドパルスの
発生時間を規定する係数である。また、ｋは０からＮ−
１までの整数であり、ａはｍとＮが決まれば（１）式に
含まれる第３式によって定まる。例えば、ｍ＝０の場合
にはａ＝０となるため、全てのｋについてＨ（ｋ）＝ｅ
ｘｐ（０）＝１となって、各周波数成分が分散せずに集
中したインパルスとなる。

【００３１】遅延時間測定用音源５０から出力される実
際のタイムストレッチドパルスは、上述した（１）式を
逆フーリエ変換して得られる信号であり、その一例を図
４に示す。図４に示すタイムストレッチドパルスは、Ｎ
＝２５６の場合であって、このＮの値とｍの値に応じた
所定時間の間で各周波数成分が分散した信号となる。し
たがって、Ｎの値を大きく設定し、かつｍの値も大きく
設定することにより、長時間にわたって各周波数成分の
エネルギーを分散させることができるため、ノイズの影
響を受けにくくなるが、タイムストレッチドパルスの発
生時間が長くなればなるほど遅延時間の測定に要する時
間も長くなるため、発生時間があまり長くならない範囲
で適切なＮとｍの値を設定する必要がある。

【００３２】Ａ／Ｄ変換器７０は、マイクロホン４６の
出力信号に対して、所定の時間間隔で標本化および量子
化を行って、所定ビット数のデータを出力する。メモリ
制御部７２は、所定の時間間隔でＡ／Ｄ変換器７０から
出力されるデータを順次メモリ７４に格納する。タイム
ストレッチドパルスが１回出力されると、このタイムス
トレッチドパルスに対する応答としてマイクロホン４６
から出力されるアナログ信号波形がＡ／Ｄ変換器７０に
よってデジタル波形データ（以後、このデータを「タイ
ムストレッチドパルス応答データ」と称する）に変換さ
れ、メモリ７４の所定領域に格納される。メモリ７４に
は、このような格納領域がＬ個分確保されており、遅延
時間測定用音源５０からＬ個のタイムストレッチドパル
スが繰り返し出力されたときに、それぞれに対応するタ
イムストレッチドパルス応答データが上述したＬ個の格
納領域のそれぞれに格納される。

【００３３】平均化処理部７６は、メモリ７４に格納さ
れているＬ個のタイムストレッチドパルス応答データの
平均化処理を行う。平均化されたタイムストレッチドパ
ルス応答データをｑ（ｎ）、ｉ個目の応答データをｑ_i
（ｎ）とすると、

【００３４】

【数２】

【００３５】となる。この（２）式にしたがって、Ｌ個
のタイムストレッチドパルス応答データの平均化処理を
行うことにより、突発的なノイズの影響を除去した応答
データが得られる。

【００３６】畳み込み演算部７８は、（２）式で計算さ
れた平均化したタイムストレッチドパルス応答データｑ
（ｎ）に、タイムストレッチドパルスｐ（ｎ）を時間軸
上で反転させたデータｐ（−ｎ）を畳み込み演算する。
図５は、タイムストレッチドパルスを時間軸上で反転さ
せた信号を示す図であり、図４に示すＮ＝２５６に対応
するタイムストレッチドパルスを反転した波形が示され
ている。なお、実際に畳み込み演算部７８で用いられる
データｐ（−ｎ）は、図５に示した信号波形をデジタル
波形データに変換したものであり、その標本化間隔はＡ
／Ｄ変換器７０における標本化間隔と同じである。

【００３７】畳み込み演算部７８による畳み込み演算
は、以下の式に基づいて行われる。

【００３８】

【数３】

【００３９】この（３）式にしたがって、タイムストレ
ッチドパルス応答信号と、元のタイムストレッチドパル
スを時間軸上で反転した信号とを畳み込み演算すること
によりインパルス応答が得られる。なお、畳み込み演算
部７８は、平均化処理部７６から出力されるデータを順
次ずらしていってそれぞれのＮ個のデータを用いて畳み
込み演算を行い、複数の演算結果を出力する。

【００４０】ＦＦＴ演算部８０は、畳み込み演算部７８
から出力される演算結果に対して、周知のＦＦＴ（Fast
Fourier Transform）演算を行い、上述した図２に示し
たような音圧レベルの周波数特性および群遅延時間特性
を求める。音圧レベルの周波数特性の演算結果は、周波
数特定部８２に向けて出力され、群遅延時間特性の演算
結果は、遅延時間設定部８４に向けて出力される。

【００４１】周波数特定部８２は、ＦＦＴ演算部８０か
ら入力される音圧レベルの周波数特性の演算結果に基づ
いて、スピーカ４０から放射された音波に対応した音圧
レベル特性曲線（図２に示す特性曲線ａ₁ ）と、スピー
カ４４から放射された音波に対応した音圧レベル特性曲
線（図２に示す特性曲線ａ₂ ）とが交わる位置Ｐ₁ に対
応する周波数ｆ₁ を特定する。

【００４２】遅延時間設定部８４は、ＦＦＴ演算部８０
から入力される群遅延時間特性と周波数特定部８２によ
って特定された周波数ｆ₁ とに基づいて、上述した方法
により各遅延器１０、１４の各遅延時間を設定する。

【００４３】上述した周波数特定部８２が特定周波数算
出手段に、遅延時間設定部８４が遅延時間設定手段にそ
れぞれ対応している。

【００４４】遅延時間算出・設定部５２の構成例２ 図６は、適応フィルタを用いてインパルス応答を求めて
遅延時間を算出する場合の遅延時間算出・設定部５２の
構成を示す図である。同図に示す遅延時間算出・設定部
５２は、ＦＦＴ演算部８０、周波数特定部８２、遅延時
間設定部８４、適応フィルタ９０、ＬＳＭ（Least Mean
Square ）アルゴリズム処理部９２、加算器９４を含ん
で構成されている。このうち、ＦＦＴ演算部８０、周波
数特定部８２、遅延時間設定部８４については、上述し
た図３に示したものと基本的に同じ動作を行っているた
め、ここでは詳細な説明を省略する。また、この遅延時
間算出・設定部５２と組み合わされる遅延時間測定用音
源５０からは、ホワイトノイズ（白色雑音）が出力され
る。

【００４５】適応フィルタ９０は、ＦＩＲ（Finite Imp
ulse Response ）型のデジタルフィルタ構成を有してお
り、ＬＭＳアルゴリズム処理部９２によって設定された
フィルタ係数Ｗを用いて、遅延時間測定用音源５０から
入力されるホワイトノイズ信号に対して所定の適応処理
を行う。

【００４６】ところで、ＬＭＳアルゴリズム処理部９２
は、加算器９４によってマイクロホン４６の出力信号か
ら適応フィルタ９０の出力信号を減算して求めた誤差信
号ｅのパワーが最小となるように適応フィルタ９０のフ
ィルタ係数Ｗを制御する。したがって、マイクロホン４
６の出力信号と適応フィルタ９０の出力信号とはほぼ同
じものとなって、適応フィルタ９０のフィルタ係数Ｗが
マイクロホン４６で検出するインパルス応答とほぼ同じ
特性を有することになる。

【００４７】したがって、ＦＦＴ演算部８０により、適
応フィルタ９０のフィルタ係数Ｗに基づいて、ＦＦＴ演
算を行うことにより、上述した図２に示したような音圧
レベルの周波数特性および群遅延時間特性が求められ
る。その後、周波数特定部８２により、スピーカ４０か
ら放射された音波に対応した音圧レベル特性曲線（図２
に示す特性曲線ａ₁ ）と、スピーカ４４から放射された
音波に対応した音圧レベル特性曲線（図２に示す特性曲
線ａ₂ ）とが交わる位置Ｐ₁ に対応する周波数ｆ ₁ を特
定し、ＦＦＴ演算部８０から入力される群遅延特性と周
波数特定部８２によって特定された周波数ｆ₁ とに基づ
いて、遅延時間設定部８４により各遅延器１０、１４の
各遅延時間を設定する。

【００４８】このように、本発明のオーディオシステム
では、スピーカ４０、４４のそれぞれに対応した音圧レ
ベルの周波数特性および群遅延時間特性を求め、各音圧
レベルの周波数特性が交差する位置Ｐ₁ の周波数ｆ₁ を
特定し、この周波数ｆ₁ において対応する遅延時間の大
小関係およびその差を調べ、この結果に基づいてスピー
カ４０、４４のそれぞれから放射される音波がマイクロ
ホン４６に到達するタイミングが一致するように各遅延
器１０、１４の遅延時間を設定しているので、スピーカ
４０、４４のそれぞれから放射される周波数ｆ₁ 近傍の
音波が聴取位置に到達するタイミングをほぼ一致させる
ことができる。したがって、聴感上の違和感が生じるこ
とを防ぐことができ、聴取位置における音質を向上させ
ることができる。

【００４９】なお、本発明は上記実施形態に限定される
ものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変
形実施が可能である。例えば、上述した実施形態におい
ては、周波数特性が異なる２つのスピーカ４０、４４を
組み合わせて用いた場合について説明を行っていたが、
スピーカの数は２つに限定されるものではなく、３つあ
るいはそれ以上の数のスピーカを組み合わせるようにし
てもよい。

【００５０】図７は、スピーカを３つ組み合わせた場合
のオーディオシステムの構成を示す図である。同図に示
すオーディオシステムは、チューナやＣＤプレーヤ等の
オーディオ装置１００と、オーディオ装置１００から出
力されるオーディオ信号が入力される３つの遅延器１
０、１２、１４と、これらの遅延器の後段等に接続され
る４つのスイッチ２０、２２、２４、２６ａと、入力さ
れるオーディオ信号の中から低域成分のみを通過させる
ローパスフィルタ（ＬＰＦ）３０と、中域成分のみを通
過させるバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）３２と、高域成
分のみを通過させるハイパスフィルタ（ＬＰＦ）３４
と、周波数特性が異なる３つのスピーカ４０、４２、４
４と、オーディオ音の聴取位置に設定されたマイクロホ
ン４６と、遅延時間測定用の所定の信号を発生する遅延
時間測定用音源５０と、マイクロホン４６の出力信号に
基づいて各スピーカ４０等を介した音波の遅延時間の算
出と各遅延器１０等の遅延時間の設定を行う遅延時間算
出・設定部５２ａとを含んで構成されている。

【００５１】図７に示すオーディオシステムは、上述し
た図１に示したオーディオシステムに対して、遅延器１
２、スイッチ２２、バンドパスフィルタ３２、スピーカ
４２のそれぞれを追加した点と、図１に示したスイッチ
２６を３通りの接続状態を選択的に切り替え可能なスイ
ッチ２６ａに変更するとともに、２つの遅延器１０、１
４のそれぞれの遅延時間の設定を行っていた遅延時間算
出・設定部５２を３つの遅延器１０、１２、１４のそれ
ぞれの遅延時間の設定を行う遅延時間算出・設定部５２
ａに変更した点が異なっている。なお、遅延時間算出・
設定部５２ａの詳細構成は、図３あるいは図６に示した
構成をそのまま適用することができる。

【００５２】次に、図７に示すオーディオシステムにお
いて、遅延時間算出・設定部５２ａが各遅延器１０、１
２、１４に遅延時間を設定する際の動作を説明する。ま
ず、スイッチ２０、２２、２４を切り替えて、各フィル
タ３０、３２、３４の接続状態を各遅延器１０、１２、
１４側から遅延時間測定用音源５０側に変更する。そし
て、スイッチ２６ａを切り替えて、遅延時間測定用音源
５０から出力される信号がローパスフィルタ３０に入力
されるようにする。これらの各スイッチの切り替え動作
は、遅延時間算出・設定部５２ａあるいは図示しない制
御部による切り替え指示に応じて行われる。

【００５３】このような各スイッチの接続状態におい
て、遅延時間測定用音源５０からホワイトノイズが出力
され、対応する音波がスピーカ４０から車室内音響空間
に放射される。遅延時間算出・設定部５２ａは、遅延時
間測定用音源５０からホワイトノイズが出力されて、マ
イクロホン４６から対応する検出信号が出力されると、
この検出信号に基づいて音圧レベルの周波数特性および
群遅延時間特性を求める。

【００５４】次に、スイッチ２６ａが切り替えられ、遅
延時間測定用音源５０から出力される信号がバンドパス
フィルタ３２に入力される状態に変更される。この状態
において、遅延時間測定用音源５０からホワイトノイズ
が出力され、対応する音波がスピーカ４２から車室内音
響空間に放射される。遅延時間算出・設定部５２ａは、
遅延時間測定用音源５０からホワイトノイズが出力され
て、マイクロホン４６から対応する検出信号が出力され
ると、この検出信号に基づいて音圧レベルの周波数特性
および群遅延時間特性を求める。

【００５５】同様に、スイッチ２６ａが切り替えられ、
遅延時間測定用音源５０から出力される信号がハイパス
フィルタ３４に入力される状態に変更される。この状態
において、遅延時間測定用音源５０からホワイトノイズ
が出力され、対応する音波がスピーカ４４から車室内音
響空間に放射される。遅延時間算出・設定部５２は、遅
延時間測定用音源５０からホワイトノイズが出力され
て、マイクロホン４６から対応する検出信号が出力され
ると、この検出信号に基づいて音圧レベルの周波数特性
および群遅延時間特性を求める。

【００５６】図８は、スピーカを３つ組み合わせた変形
例の遅延時間算出・設定部５２ａによって求められる音
圧レベルの周波数特性および群遅延時間特性の一例を示
す図である。図８（Ａ）は、音圧レベルの周波数特性を
示しており、特性曲線ａ₃ がスピーカ４０から放射され
た音波に対応して求められた音圧レベルの周波数特性を
示し、特性曲線ａ₄ がスピーカ４２から放射された音波
に対応して求められた音圧レベルの周波数特性を示し、
特性曲線ａ₅ がスピーカ４４から放射された音波に対応
して求められた音圧レベルの周波数特性を示している。
また、図８（Ｂ）は、群遅延時間特性を示しており、特
性曲線ｂ₃ がスピーカ４０から放射された音波に対応し
て求められた群遅延時間特性を示し、特性曲線ｂ₄ がス
ピーカ４２から放射された音波に対応して求められた群
遅延時間特性を示し、特性曲線ｂ ₅ がスピーカ４４から
放射された音波に対応して求められた群遅延時間特性を
示している。

【００５７】図８に示すような音圧レベルの周波数特性
および群遅延時間特性が求められると、遅延時間算出・
設定部５２ａは、スピーカ４０、４２のそれぞれに対応
する音圧レベルの周波数特性が交差する（特性曲線ａ₃
および特性曲線ａ₄ が交差する）位置Ｐ₂ における周波
数ｆ₂ と、各スピーカ４２、４４に対応する音圧レベル
の周波数特性が交差する（特性曲線ａ₄ および特性曲線
ａ₅ が交差する）位置Ｐ₃ における周波数ｆ₃ とを求め
る。

【００５８】次に、遅延時間算出・設定部５２ａは、ス
ピーカ４０、４２、４４のそれぞれに対応して求められ
た群遅延時間特性において、上述した周波数ｆ₂ 、ｆ₃
における遅延時間をそれぞれ求める。具体的には、図８
（Ｂ）に示すように、周波数ｆ₂ における遅延時間がそ
れぞれｔ₂ 、ｔ₂′ （遅延時間ｔ₂ がスピーカ４０に、
遅延時間ｔ₂′ がスピーカ４２にそれぞれ対応する）と
求められ、周波数ｆ₃における遅延時間がそれぞれｔ
₃ 、ｔ₃′ （遅延時間ｔ₃ がスピーカ４２に、遅延時間
ｔ₃′ がスピーカ４４にそれぞれ対応する）と求められ
る。この場合に、遅延器１０、１２、１４のそれぞれに
設定する遅延時間は、上述した各遅延時間ｔ₂ 、ｔ₂′
の大小関係およびｔ₃ 、ｔ₃′ の大小関係の組合せに応
じて異なるので、以下に、場合分けをして説明する。

【００５９】図９は、それぞれの遅延時間の大小関係に
応じて遅延器１０、１２、１４に設定する遅延時間を求
める方法について説明する図である。なお、図９では、
説明を簡略化するために群遅延時間特性を示す特性曲線
が簡略化して表されている。

【００６０】（１）ｔ₂ ＞ｔ₂ ′ 、ｔ₃ ＞ｔ₃ ′ の場合 図９（Ａ）に示すように、遅延時間算出・設定部５２ａ
は、周波数ｆ₂ におけるスピーカ４０に対応する遅延時
間ｔ₂ とスピーカ４２に対応する遅延時間ｔ₂′ の差Ｔ
₀ （＝ｔ₂ −ｔ₂′ ） を計算し、この差Ｔ₀ を遅延時
間として、スピーカ４２および４４のそれぞれに対応し
た遅延器１２および１４に設定する。これにより、遅延
時間Ｔ₀ だけ遅延された音波がスピーカ４２および４４
から放射されることとなり、周波数ｆ₂ において、スピ
ーカ４０、４２のそれぞれから放射された音波がマイク
ロホン４６に到達するタイミングをほぼ一致させること
ができる。

【００６１】次に、遅延時間算出・設定部５２ａは、周
波数ｆ₃ におけるスピーカ４２に対応する遅延時間ｔ₃
とスピーカ４４に対応する遅延時間ｔ₃′ の差Ｔ₁ （＝
ｔ₃−ｔ₃′） を計算し、このＴ₁ を遅延時間としてス
ピーカ４４に対応した遅延器１４に設定する。ただし、
上述したように、既に遅延器１４には遅延時間として上
述したＴ₀ が設定されており、これを考慮する必要があ
るので、結局、遅延器１４に設定される遅延時間は（Ｔ
₀ ＋Ｔ₁ ）となる。これにより、遅延時間（Ｔ ₀ ＋Ｔ
₁ ）だけ遅延された音波がスピーカ４４から放射される
こととなり、周波数ｆ₃ において、スピーカ４２、４４
のそれぞれか放射される音波がマイクロホン４６に到達
するタイミングをほぼ一致させることができる。この結
果、２つの周波数ｆ₂ 、ｆ₃ のそれぞれにおいて、３つ
のスピーカ４０、４２、４４のそれぞれから放射された
音波がマイクロホン４６に到達するタイミングをほぼ一
致させることができる。

【００６２】（２）ｔ₂ ＞ｔ₂ ′ 、ｔ₃ ＜ｔ₃ ′ の場合 図９（Ｂ）に示すように、遅延時間算出・設定部５２ａ
は、周波数ｆ₂ におけるスピーカ４０に対応する遅延時
間ｔ₂ とスピーカ４２に対応する遅延時間ｔ₂′の差Ｔ₀
（＝ｔ₂ −ｔ₂′ ）を計算し、このＴ₀ を遅延時間と
してスピーカ４２および４４のそれぞれに対応した遅延
器１２および１４に設定する。これにより、遅延時間Ｔ
₀ だけ遅延された音波がスピーカ４２および４４から放
射されることとなり、周波数ｆ₂ において、スピーカ４
０、４２のそれぞれから放射された音波がマイクロホン
４６に到達するタイミングをほぼ一致させることができ
る。

【００６３】次に、遅延時間算出・設定部５２ａは、周
波数ｆ₃ におけるスピーカ４２に対応する遅延時間ｔ₃
とスピーカ４４に対応する遅延時間ｔ₃′ の差Ｔ₁′
（＝ｔ₃′−ｔ₃ ）を計算し、このＴ₁′ を遅延時間と
して、スピーカ４０および４２のそれぞれに対応した遅
延器１０および１２に設定する。ただし、上述したよう
に、既に遅延器１２には遅延時間としてＴ₀ が設定され
ており、これを考慮する必要があるので、結局、遅延器
１２に設定される遅延時間は（Ｔ₀ ＋Ｔ₁′） となる。
これにより、遅延時間Ｔ₁′ だけ遅延された音波がスピ
ーカ４０から放射されることとなり、また、遅延時間
（Ｔ₀ ＋Ｔ₁′） だけ遅延された音波がスピーカ４２か
ら放射されることとなり、周波数ｆ₃ において、スピー
カ４２、４４のそれぞれから放射された音波がマイクロ
ホン４６に到達するタイミングをほぼ一致させることが
できる。この結果、２つの周波数ｆ₂ 、ｆ₃ のそれぞれ
において、３つのスピーカ４０、４２、４４にのそれぞ
れから放射される音波がマイクロホン４６に到達するタ
イミングをほぼ一致させることができる。

【００６４】（３）ｔ₂ ＜ｔ₂ ′ 、ｔ₃ ＞ｔ₃ ′ の場合 図９（Ｃ）に示すように、遅延時間算出・設定部５２ａ
は、周波数ｆ₂ におけるスピーカ４０に対応する遅延時
間ｔ₂ とスピーカ４２に対応する遅延時間ｔ₂′の差
Ｔ₀′ （＝ｔ₂′ −ｔ₂ ）を計算し、この差Ｔ₀′ を遅
延時間として、スピーカ４０に対応した遅延器１０に設
定する。これにより、遅延時間Ｔ₀′ だけ遅延された音
波がスピーカ４０から放射されることとなり、周波数ｆ
₂ において、スピーカ４０、４２のそれぞれから放射さ
れる音波がマイクロホン４６に到達するタイミングをほ
ぼ一致させることができる。

【００６５】次に、遅延時間算出・設定部５２ａは、周
波数ｆ₃ におけるスピーカ４２に対応する遅延時間ｔ₃
とスピーカ４４に対応する遅延時間ｔ₃′ の差Ｔ₁ （＝
ｔ₃−ｔ₃′） を計算し、この差Ｔ₁ を遅延時間とし
て、スピーカ４４に対応した遅延器１４に設定する。こ
れにより、遅延時間Ｔ₁ だけ遅延された音波がスピーカ
４４から放射されることとなり、周波数ｆ₃ において、
スピーカ４２、４４のそれぞれから放射される音波がマ
イクロホン４６に到達するタイミングをほぼ一致させる
ことができる。この結果、２つの周波数ｆ₂ 、ｆ₃ のそ
れぞれにおいて、３つのスピーカ４０、４２、４４のそ
れぞれから放射される音波がマイクロホン４６に到達す
るタイミングをほぼ一致させることができる。

【００６６】（４）ｔ₂ ＜ｔ₂ ′ 、ｔ₃ ＜ｔ₃ ′ の場合 図９（Ｄ）に示すように、遅延時間算出・設定部５２ａ
は、周波数ｆ₂ におけるスピーカ４０に対応する遅延時
間ｔ₂ とスピーカ４２に対応する遅延時間ｔ₂′の差
Ｔ₀′ （＝ｔ₂′ −ｔ₂ ）を計算し、この差Ｔ₀′ を遅
延時間として、スピーカ４０に対応した遅延器１０に設
定する。これにより、遅延時間Ｔ₀′ だけ遅延された音
波がスピーカ４０から放射されることとなり、周波数ｆ
₂ において、スピーカ４０、４２のそれぞれから放射さ
れる音波がマイクロホン４６に到達するタイミングをほ
ぼ一致させることができる。

【００６７】次に、遅延時間算出・設定部５２ａは、周
波数ｆ₃ におけるスピーカ４２に対応する遅延時間ｔ₃
とスピーカ４４に対応する遅延時間ｔ₃′ の差Ｔ₁′
（＝ｔ₃′−ｔ₃ ）を計算し、このＴ₁′ を遅延時間と
して、スピーカ４０および４２のそれぞれに対応した遅
延器１０および１２に設定する。ただし、上述したよう
に、既に遅延器１０には遅延時間としてＴ₀′ が設定さ
れており、これを考慮する必要があるので、結局、遅延
器１０に設定される遅延時間は（Ｔ₀′＋Ｔ₁′）とな
る。この結果、遅延時間Ｔ₁′ だけ遅延された音波がス
ピーカ４２から放射されることとなり、また、遅延時間
（Ｔ₀′＋Ｔ₁′）だけ遅延された音波がスピーカ４０か
ら放射されることとなり、周波数ｆ₃ において、スピー
カ４２、４４のそれぞれから放射される音波がマイクロ
ホン４６に到達するタイミングをほぼ一致させることが
できる。この結果、２つの周波数ｆ₂ 、ｆ₃ のそれぞれ
において、３つのスピーカ４０、４２、４４のそれぞれ
から放射される音波がマイクロホン４６に到達するタイ
ミングをほぼ一致させることができる。

【００６８】このように、４種類の遅延時間ｔ₂ 、
ｔ₂′ 、ｔ₃ 、ｔ₃′ のそれぞれの大小関係に応じて場
合分けをすることにより、３つのスピーカ４０、４２、
４４を組み合わせた場合のオーディオシステムにおいて
も、遅延器１０、１２、１４に対して適切な遅延時間を
設定することができる。

【００６９】また、上述した実施形態における遅延時間
算出・設定部５２の構成例１では、各スピーカに対して
タイムストレッチドパルス（図４参照）を入力し、マイ
クロホン４６からの出力信号に対してタイムストレッチ
ドパルスを時間軸上で反転させた信号（図５参照）を畳
み込み演算することによりインパルス応答を得ていた
が、タイムストレッチドパルスを用いずに、単にインパ
ルスを入力することによりインパルス応答を得るように
してもよい。この場合には、畳み込み演算部７８を省略
して構成を簡略化することができる。

【００７０】また、上述した実施形態では、本発明の遅
延時間設定方式を車載用のオーディオシステムに適用し
た場合について説明を行ったが、これに限定されるもの
ではなく、屋内用あるいは屋外用のオーディオシステム
等に適用することもできる。

【００７１】

【発明の効果】上述したように、本発明によれば、複数
のスピーカのそれぞれから放射される音波に含まれる周
波数の重複部分が集音手段に到達するタイミングをほぼ
一致させるように遅延手段の遅延時間が設定されるの
で、聴感上の違和感が生じるのを防止することができ、
聴取位置における音質を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施形態のオーディオシステムの構成を示す
図である。

【図２】遅延時間算出・設定部によって求められる音圧
レベルの周波数特性および群遅延時間特性の一例を示す
図である。

【図３】タイムストレッチドパルスを用いてインパルス
応答を求めて遅延時間を算出する場合の遅延時間算出・
設定部の構成を示す図である。

【図４】タイムストレッチドパルスの一例を示す図であ
る。

【図５】タイムストレッチドパルスを時間軸上で反転さ
せた信号を示す図である。

【図６】適応フィルタを用いてインパルス応答を求めて
遅延時間を算出する場合の遅延時間算出・設定部の構成
を示す図である。

【図７】スピーカを３つ組み合わせた場合のオーディオ
システムの構成を示す図である。

【図８】スピーカを３つ組み合わせた変形例の遅延時間
算出・設定部によって求められる音圧レベルの周波数特
性および群遅延時間特性の一例を示す図である。

【図９】各遅延時間の大小関係に応じて各遅延器に設定
する遅延時間を求める方法について説明する図である。

【図１０】従来の遅延時間設定方式における遅延時間の
設定方法を説明する図である。

【符号の説明】

１０、１２、１４ 遅延器 ２０、２２、２４、２６、２６ａ スイッチ ３０ ローパスフィルタ（ＬＰＦ） ３２ バンドパスフィルタ（ＢＰＦ） ３４ ハイパスフィルタ（ＨＰＦ） ４０、４２、４４ スピーカ ４６ マイクロホン ５０ 遅延時間測定用音源 ５２、５２ａ 遅延時間算出・設定部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 音響空間内に設置された複数のスピーカ
   と、 前記音響空間内の聴取位置に設置された集音手段と、 前記複数のスピーカのそれぞれの前段に接続され、それ
   ぞれの遅延時間が設定可能な複数の遅延手段と、 入力信号を複数の周波数帯域に分割して前記複数のスピ
   ーカのそれぞれに入力する帯域分割手段と、 所定の遅延時間測定用信号を生成する測定用信号生成手
   段と、 前記測定用信号生成手段によって生成された前記遅延時
   間測定用信号を前記帯域分割手段に入力することにより
   得られる複数の周波数帯域の音波を、前記複数のスピー
   カのそれぞれから選択的に出力する切り替え手段と、 前記遅延時間測定用信号に対応して前記集音手段から出
   力される複数の周波数帯域の信号を解析することによ
   り、前記複数のスピーカのそれぞれから放射される音波
   に含まれる周波数の重複部分が前記集音手段に到達する
   タイミングをほぼ一致させるように前記複数の遅延手段
   のそれぞれの遅延時間を設定する遅延時間算出・設定手
   段と、 を備えることを特徴とする遅延時間設定方式。
2. 【請求項２】 請求項１において、 前記遅延時間算出・設定手段は、 前記集音手段から出力される信号について、周波数毎の
   信号レベルを解析することにより、前記複数のスピーカ
   から出力される音波のそれぞれに対応する前記信号レベ
   ルがほぼ一致する特定周波数を算出する特定周波数算出
   手段と、 前記特定周波数算出手段によって算出された前記特定周
   波数の信号成分について、前記測定用信号生成手段から
   前記遅延時間測定用信号が出力されてから前記複数のス
   ピーカのそれぞれから対応する音波が放射されて前記集
   音手段に到達するまでの時間差を算出し、この時間差が
   なくなるように前記複数の遅延手段のそれぞれの遅延時
   間を設定する遅延時間設定手段と、 を備えることを特徴とする遅延時間設定方式。
3. 【請求項３】 請求項１において、 前記測定用信号生成手段によって生成される前記遅延時
   間測定用信号はタイムストレッチドパルスであり、 前記遅延時間算出・設定手段は、前記集音手段の出力信
   号に、前記タイムストレッチドパルスを時間軸上で反転
   した信号を畳み込み演算し、この畳み込み演算結果に対
   してフーリエ変換処理を行うことにより、各周波数成分
   に対応する信号レベル特性と群遅延時間特性を求めるこ
   とを特徴とする遅延時間設定方式。
4. 【請求項４】 請求項１において、 前記測定用信号生成手段によって生成される前記遅延時
   間測定用信号はホワイトノイズ信号であり、 前記遅延時間算出・設定手段は、前記測定用信号生成手
   段から出力される前記遅延時間測定用信号と前記集音手
   段の出力信号とが入力されて、これら２つの信号の誤差
   信号のパワーが最小となるように適応等化処理を行う適
   応フィルタを有しており、この適応フィルタのフィルタ
   係数に対してフーリエ変換処理を行うことにより、各周
   波数成分に対応する信号レベル特性と群遅延時間特性を
   求めることを特徴とする遅延時間設定方式。